JPWO2013187156A1 - フィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管及びそれを用いたフィン・アンド・チューブ型熱交換器 - Google Patents

Abstract

冷媒側の熱伝達率を効果的に向上させることの出来るフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管と、それを用いたフィン・アンド・チューブ型熱交換器を提供すること。アルミニウム若しくはその合金からなる扁平多穴管１４に形成される台形形状の穴２０を、上底の長さが下底の長さの１／２以下となるようにすると共に、穴の高さを伝熱管の厚さの０．５〜０．８倍とし、更に穴の断面積の４倍を穴の辺の長さの和で除することによって定義される水力直径：Ｄと穴の高さ：ｈとの比（Ｄ／ｈ）が、０．４０〜０．８５の範囲内となるように構成し、そのような扁平多穴管１４と、アルミニウム若しくはその合金からなるフィン１２とを組み付けて、フィン・アンド・チューブ型熱交換器１０を構成した。

Description

本発明は、フィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管及びそれを用いたフィン・アンド・チューブ型熱交換器に係り、特に、家庭用エアコンやパッケージエアコン等の空調機におけるフィン・アンド・チューブ型熱交換器に好適に用いられる伝熱管と、それを用いたフィン・アンド・チューブ型熱交換器に関するものである。

従来より、家庭用エアコンや自動車用エアコン、パッケージエアコン等の空調用機器の他、冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯器等には、蒸発器又は凝縮器として作動する熱交換器が用いられており、その中でも、家庭用室内エアコンや業務用パッケージエアコンにおいては、伝熱管にフィンを組み付けてなる構造のフィン・アンド・チューブ型熱交換器が、最も一般的に用いられてきている。

そして、近年では、オゾン層保護や地球温暖化防止等の観点から、従来のフロン系冷媒に代えて、温暖化係数の低い自然冷媒を利用した熱交換器の開発も行われてきており、その中でも、炭酸ガスを主体とする冷媒を用いた給湯器が注目され、その開発が為されてきているが、そのような給湯器における空気熱交換器にも、上記と同様なフィン・アンド・チューブ型熱交換器が用いられている。

ところで、かかるフィン・アンド・チューブ型熱交換器は、一般に、所定の加工が施されたフィン（外面フィン）と伝熱管とを用い、それらフィンと伝熱管とを接合させてなる構造において、実用化されてきている。そして、そのような構造とされた熱交換器においては、伝熱管内に冷媒を流通せしめる一方、伝熱管に対して直角な方向に、フィンに沿って熱交換流体としての空気を流すことによって、冷媒と空気との間で熱交換が行われるようになっているのである。

また、そのようなフィン・アンド・チューブ型熱交換器で用いられる伝熱管の一つとして、扁平な形状の管内部を複数の隔壁にて複数の流路に分割してなる構造を有する扁平多穴管が、知られている。そして、この扁平多穴管には、通常、アルミニウム若しくはアルミニウム合金をポートホール押出して得られるものが、用いられているのであるが、そのような扁平多穴管の断面形状としては、例えば、特開平６−１４２７５５号公報（特許文献１）にて明らかにされているように、管内部の流路を四角形状としているものが、一般的によく用いられている。更に、そのような扁平多穴管において、熱交換効率を向上させるには、流路の表面積を増やすことが有効であるところから、特開平５−２２２４８０号公報（特許文献２）においては、四角形状とされた穴の内面に、微少な凹凸を多数形成して、表面積を増加させる構造が、明らかにされている。このように流路の表面積を増大させることによって、穴の内部を流通せしめられる冷媒と穴表面との接触面積を増大させ、冷媒側の熱伝達率、即ち、冷媒と伝熱管との間の熱伝達率を向上させることによって、熱交換効率の向上を図るのである。

しかしながら、アルミニウム若しくはアルミニウム合金から、ポートホール押出し等の押出成形にて扁平多穴管を形成する場合には、穴の内面に形成される凹凸の大きさを、充分に小さくすることが出来ないために、表面積を充分に増大させることが出来ないのである。特に、熱交換器を小型化する等の目的のために扁平多穴管を小さくした場合には、形成される穴も小さくなるため、そのような凹凸の形成による表面積の増加に基づくところの熱伝達率の向上効果は、充分とは言えないものであった。

また、前述の特許文献１（特開平６−１４２７５５号公報）の図９（ｃ）や、特開平９−７２６８０号公報（特許文献３）には、扁平多穴管の穴形状を三角形断面形状にしたものが明らかにされている。即ち、特許文献１においては、多穴管の押出成形を行うに際して、多穴管押出用ダイスの寿命の延長や、製品として寸法や精度の向上が目的とされているのであり、そのような多穴管押出用のダイスを用いて作製される多穴管の穴形状の一例として、三角形断面形状のものが挙げられているに過ぎない。また、特許文献２は、圧延又は圧縮によって所定の厚さと平坦な表面を得ると共に、加工硬化によって引っ張り強度を改善して、適正な硬度と弾力性を与えることが出来るようにした多孔扁平管に関するものであり、そのような特性を得られる多孔扁平管の構造として、穴形状が二等辺三角形の断面形状とされたものが、明らかにされている。

しかしながら、それら特許文献１，３で明らかにされている扁平多穴管にあっては、単に、押出加工によって形成される多穴管の穴形状を三角形断面形状としただけのものであったり、多穴管の硬度や弾力性を改善するために、その穴形状を二等辺三角形の断面形状としているに過ぎないものであった。即ち、三角形の具体的な形状についてや、伝熱管の熱伝達率については、何等検討されているものではなかったのである。更に、そのように、押出加工によって扁平多穴管に形成される穴を三角形形状とした場合にあっては、押出加工時のメタルフローが上手くいかず、目的とする三角形形状の穴を形成し難いという製造上の問題が内在しているのである。

特開平６−１４２７５５号公報 特開平５−２２２４８０号公報 特開平９−７２６８０号公報

ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、冷媒側の熱伝達率を効果的に向上させることが出来ると共に、押出加工性にも優れたフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管を提供することにあり、また、そのようなフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管を用いて作製された空気調和機用等のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を提供することも、その解決課題としている。

そして、本発明にあっては、かくの如き課題の解決のために、アルミニウム若しくはその合金からなるフィンが組み付けられるフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管にして、アルミニウム若しくはその合金からなる、全体として扁平な断面形状の多穴管にて構成され、且つ該多穴管に設けられた管軸方向に延びる台形断面形状の多数の穴が、幅方向に離間して互いに平行に配列されてなると共に、かかる穴の上底の長さは下底の長さの１／２以下であり、更に該穴の高さは、下底の長さと同等以上で、且つ該多穴管の厚さの０．５〜０．８倍であり、そしてかかる穴の断面積の４倍を該穴の辺の長さの和で除することによって定義される水力直径：Ｄと該穴の高さ：ｈとの比（Ｄ／ｈ）が、０．４０〜０．８５の範囲内となるように構成されていることを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管を、その要旨とするものである。

なお、かかる本発明に従うフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管の望ましい態様の一つにあっては、前記多穴管に設けられた多数の穴の隣り合うものは、相互に、上下逆転した台形断面形状となる関係において配設されている。

また、本発明に従うフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管の別の望ましい態様の一つにあっては、前記穴の横断面形状は、等脚台形形状であり、更に別の好ましい態様の一つにあっては、前記穴の横断面形状は、下底と一方の脚との内角が９０°となる台形形状である。

さらに、本発明にあっては、アルミニウム若しくはその合金からなるフィンと、アルミニウム若しくはその合金からなる、全体として扁平な断面形状の多穴管とを組み付けてなるフィン・アンド・チューブ型熱交換器にして、前記多穴管が、管軸方向に延びる台形断面形状の多数の穴を、幅方向に離間して互いに平行に配列して、構成されていると共に、かかる穴の上底の長さは下底の長さの１／２以下であり、更に該穴の高さは、下底の長さと同等以上で、且つ該多穴管の厚さの０．５〜０．８倍であり、そしてかかる穴の断面積の４倍を該穴の辺の長さの和で除することによって定義される水力直径：Ｄと該穴の高さ：ｈとの比（Ｄ／ｈ）が、０．４０〜０．８５の範囲内となるように構成されていることを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器をも、その要旨としている。

また、そのような本発明に従うフィン・アンド・チューブ型熱交換器の好ましい態様の一つによれば、前記フィンとして、矩形の板状フィンを用いると共に、該板状フィンの一端に開口するように設けられた所定長さのスリット内に前記多穴管を嵌め込んで、固定することにより、それら多穴管と板状フィンとが組付けられることとなる。

更にまた、本発明に従うフィン・アンド・チューブ型熱交換器の別の好ましい態様の一つにあっては、前記フィンとして、波形形状のコルゲートフィンを用いると共に、該コルゲートフィンの複数と前記多穴管の複数とが交互に積層されて、互いに接合することによって、組み付けられることとなる。

従って、このような本発明に従う構成とされたフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管によれば、台形断面形状とされた穴が、その台形形状における上底と下底の長さの比率や該穴の高さと伝熱管の厚さとの比率、更には、かかる穴の断面積の４倍を該穴の辺の長さの和で除することによって定義される水力直径：Ｄと該穴の高さ：ｈとの比（Ｄ／ｈ）を、適切な範囲に設定して、形成されているところから、伝熱管の穴の内部を冷媒が流れる際に、台形断面形状の底辺（下底）と脚に挟まれた部位のうちの角度の小さい部分や、下底の１／２以下の長さとされた上底と２つの脚とに挟まれた部位等、穴の狭い部分を冷媒が流通することにより、冷媒の単位体積あたりに接触する多穴管内面の面積が増加して、冷媒と伝熱管との間の熱伝達率、即ち伝熱管の熱交換効率を、効果的に向上させることが可能となるのである。しかも、そのような穴の狭い部分を冷媒が通過することによって、局所的な流動状態を惹き起こすことが出来るため、より効果的に熱交換効率を上げることが可能となるのである。

さらに、かかる本発明に従う構成とされたフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管にあっては、穴形状が台形形状とされているところから、押出加工によって伝熱管を製造する際に、三角形状の穴とされた扁平多穴管を製造するよりもメタルフローを生じさせ易く、押出加工性を有利に向上することが出来るのである。

そして、このような構成とされたフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管を用いて作製されたフィン・アンド・チューブ型熱交換器にあっては、伝熱管において冷媒側の熱伝達率が有利に向上せしめられているところから、高い熱交換性能を発揮すると共に、熱交換器の小型化や軽量化、更には製造コストの低減といった効果が、有利に発揮されることとなる。

本発明に従うフィン・アンド・チューブ型熱交換器の一例を示す斜視説明図である。 図１に示されるフィン・アンド・チューブ型熱交換器を構成するフィンを示す斜視説明図である。 図１に示されるフィン・アンド・チューブ型熱交換器を構成する扁平多穴管の横断面の一部を拡大して示す断面説明図である。 実施例において用いられた、熱交換性能評価用フィン・アンド・チューブ型熱交換器を概略的に示す正面説明図である。 実施例において用いられた熱交換器を構成するために準備した扁平多穴管の横断面を示す説明図であって、（ａ）は、穴形状が等脚台形形状のものを、（ｂ）は、穴形状が底辺と一方の脚の内角が直角とされた台形形状のものを、（ｃ）は、（ｂ）とは寸法の違う台形形状のものを、それぞれ示している。 実施例において比較のために用いられた熱交換器を構成するために準備した扁平多穴管の横断面を示す説明図であって、（ａ）は、四角形形状の穴形状のものを、（ｂ）は、円形形状の穴形状のものを、それぞれ示している。 実施例において比較のために用いられた熱交換器を構成するために更に準備した扁平多穴管の横断面を示す説明図であって、（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明規格外の台形形状の穴形状を有するものを示している。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１には、本発明に従うフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管を用いたフィン・アンド・チューブ型熱交換器の実施形態の一つが、斜視図の形態において、概略的に示されている。そこにおいて、熱交換器１０は、互いに平行に且つ一定距離を隔てて配置された複数枚のフィン１２に対して、２本の扁平多穴管１４，１４が、かかるフィン１２に設けられたスリット状の組付け孔１６に挿入、固着されることによって、構成されている。

より詳細には、フィン１２は、従来と同様に、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる金属材料、例えばＪＩＳ呼称がＡ１０００系、Ａ３０００系、Ａ７０００系等のアルミニウム材質にて形成された、図２にも示されているように、矩形の平面形状を呈した薄肉の板状フィンにて構成されている。また、かかるフィン１２には、扁平多穴管１４が組み付けられる組付け孔１６が、矩形形状のフィン１２の一端からフィン１２の幅方向（図２においては、左右方向）に延びるスリットとして、形成されている。更に、かかる組付け孔１６の周りには、所定高さのカラー部１８が、フィン１２と一体的に形成されて、Ｕ字形状において立設されている。

一方、扁平多穴管１４は、よく知られている如く、アルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる金属材料、例えばＪＩＳ呼称がＡ１０００系、Ａ３０００系、Ａ６０００系等のアルミニウム材質にて形成された、ここでは、管軸方向に延びる１０個の穴２０が形成されてなる、扁平形状を呈する多穴管にて、構成されている。そこにおいて、穴２０は、管軸に垂直な方向における断面、所謂横断面の一部を拡大した図３にも示されるように、台形の断面形状を呈しており、その台形の２つの底辺のうち上底の長さ：ａが下底の長さ：ｂの１／２以下とされていると共に、高さ：ｈが下底の長さ：ｂと同等以上とされ、更に、かかる穴の高さ：ｈが扁平多穴管１４の厚さ：Ｈの０．５〜０．８倍の長さとなるようにされている。そして、ここでは、かかる穴２０の台形形状は、穴の高さ：ｈと下底の長さ：ｂが同一の長さとされ、上底の長さ：ａが下底の長さ：ｂの１／２の長さとされると共に、それぞれの底辺（上底、下底）の両端の内角が等しい角度とされた等脚台形形状とされている。なお、そのような形状とされた穴２０の、隣り合う穴２０同士は、図示の如く、それぞれ、上下方向が反転した形態において、扁平多穴管１４の幅方向に所定間隔を隔てて、互いに平行に配列されている。

さらに、そのような穴２０においては、その断面積の４倍を、穴の辺の長さの和で除することによって定義される水力直径：Ｄと、穴の高さ：ｈとの比（Ｄ／ｈ）が、０．４０〜０．８５の範囲内となるように、構成されている。即ち、ここでは、穴２０は、穴高さ（ｈ）と下底の長さ（ｂ）とが同一で、上底の長さ（ａ）が下底の長さ（ｂ）の１／２とされた等脚台形形状であるところから、Ｄ／ｈ＝０．８４となり、上記で規定されるＤ／ｈの範囲内となるように構成されているのである。

このように、扁平多穴管１４の穴２０の穴形状を、台形の上底の長さ：ａと下底の長さ：ｂと穴の高さ：ｈ、及び扁平多穴管１４の厚さ：Ｈの比率、更には水力直径：Ｄと穴の高さ：ｈとの比（Ｄ／ｈ）を、上記範囲内の値となるように設定することによって、穴２０の狭い部分を冷媒が効果的に通過するようになり、冷媒の単位体積あたりに接触する穴内面の面積が増加して、冷媒と伝熱管との間の熱伝達率が有利に向上されることとなる。また、そのような穴２０の狭い部分を冷媒が通過することによって、局所的な流動状態が発生するため、より効果的に熱伝達率を上げることも可能となるのである。

ところで、上記の扁平多穴管１４において、上底の長さ（ａ）が下底の長さ（ｂ）の１／２を超えたり、穴高さ（ｈ）が下底の長さ（ｂ）よりも小さくなった場合には、冷媒が穴２０内を通過し易くなるため、冷媒と伝熱管との間の熱伝達が充分に行い難くなる。また、穴高さ（ｈ）が、伝熱管の厚さ（Ｈ）の０．５倍未満となると、穴が小さくなり過ぎてしまい、製造が困難となってしまう問題を生ずる。一方、穴高さ（ｈ）が、伝熱管の厚さ（Ｈ）の０．８倍よりも大きくされた場合にあっても、扁平多穴管１４の上下の肉厚が薄くなり過ぎてしまい、製造が困難となってしまうのである。なお、穴２０の台形形状の上底の長さ（ａ）は、好ましくは０．１ｍｍ以上とされることとなる。これは、かかる長さ（ａ）が０．１ｍｍよりも小さくされると、押出加工の際のメタルフローが悪化して、目的とする扁平多穴管の製造が困難となってしまうからである。

さらに、水力直径：Ｄと穴高さ：ｈとの関係にあっても、かかるＤ／ｈの値が０．４０よりも小さくなる場合にあっては、穴２０が小さくなり過ぎてしまい、扁平多穴管の製造が困難となってしまうため、実用的でなくなってしまうことになる。一方、Ｄ／ｈの値が０．８５よりも大きくなる場合には、冷媒の単位体積あたりの接触面積の増加が充分でなくなり、熱伝達率の向上効果が有利に発揮され難くなるのである。

そして、そのような扁平多穴管１４とフィン１２を用いて、かかるフィン１２の複数枚を、それぞれに形成された組付け孔１６を一致させた状態下において、互いに平行に且つ一定距離を隔てるように配置せしめ、その一致させた組付け孔１６内に、扁平多穴管１４を嵌め込んで、固定的に組み付けることにより、目的とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器１０が構成されるのである。なお、この扁平多穴管１４とフィン１２との固定的な組付けは、よく知られているように、カチコミやろう付けによる接合、或いは接着剤による固着等、公知の各種の手法によって行われて、一体的なフィン・アンド・チューブ型熱交換器として完成されることとなる。また、そのようなフィン・アンド・チューブ型熱交換器を構成する伝熱管たる扁平多穴管１４のそれぞれの両端部は、ここでは図示しないヘッダにそれぞれ接続されて、扁平多穴管１４の１０個の穴２０、即ち、管軸方向に延びる冷媒が流通せしめられる１０本の流路が、冷媒の入口側と出口側においてそれぞれまとめられて、フィン・アンド・チューブ型熱交換器１０とされているのである。

従って、このような本発明に従う構成とされたフィン・アンド・チューブ型熱交換器１０においては、扁平多穴管１４に形成された穴２０の形状が、単純に、冷媒と穴内面との接触面積を増大させるだけでなく、冷媒の単位体積当たりの接触面積を増大させて、冷媒側の熱伝達率を有利に向上せしめることが可能な台形形状とされているところから、扁平多穴管１４において、管内を流通する冷媒と伝熱管との間の熱交換効率が、効果的に向上せしめられ、その結果、熱交換器１０の熱交換性能を、有利に高めることが出来るのである。また、かかる扁平多穴管１４に形成された穴２０が台形形状とされていることによって、押出加工の際にメタルフローが悪化して、加工性が低下してしまうような問題が有利に解消乃至は回避され、以て高い押出加工性が発揮されることとなるのである。更に、そのように高い熱伝達率を発揮する扁平多穴管１４を用いることによって、熱交換器１０を小型、軽量化し得ると共に、製造コストの低減といった効果も、有利に発揮されることとなる。

以上、本発明の代表的な実施形態の一つについて詳述してきたが、それは、あくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、そのような実施形態に係る具体的な記述によって、何等限定的に解釈されるものではないことが、理解されるべきである。

例えば、前述の実施形態においては、板状のフィン１２に設けられた組付け孔１６に扁平多穴管１４が組み付けられて構成されるフィン・アンド・チューブ型の熱交換器１０を例示したが、例えば、図４に示されるような、扁平多穴管２２，２２の間にコルゲート状（波状）のフィン２４を組み付けて構成された、コルゲートフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器３０とすることも可能である。

また、扁平多穴管１４に形成される穴２０の形状は、上記の実施形態においては、穴高さ（ｈ）と下底（ｂ）の長さが同一であると共に、上底の長さ（ａ）が下底の長さ（ｂ）の１／２とされ、且つそれぞれの底辺の両端の内角が等しい角度とされた等脚台形形状とされているが、水力直径：Ｄと穴の高さ：ｈとの比（Ｄ／ｈ）が、本発明における規定の範囲内とされる台形形状であれば、例示した等脚台形以外にも、底辺（下底）の両端の内角の角度が異なっている台形や、底辺（下底）と一方の脚との内角が直角とされた台形等、各種の台形形状が、適宜に選択されることとなる。更に、例示の台形形状においては、台形のそれぞれの辺（底辺、脚）が直線状とされていたが、Ｄ／ｈが前述した関係を満たすものであれば、所定の曲率半径をもった円弧状の辺とすることも可能である。

加えて、かかる穴２０の内表面は、ここでは、平坦な面としていたが、微少な凹凸（溝や突条）を形成した面であってもよい。そのような凹凸を形成することによって、単位体積当たりの冷媒と穴２０の表面との接触面積を更に増大させ、冷媒と伝熱管との熱伝達率を、より効果的に向上させることが可能となる。

その他、一々列挙はしないが、本発明が、当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施されるものであり、またそのような実施の態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、何れも、本発明の範疇に属するものであることは、言うまでもないところである。

以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。

先ず、本発明に従うフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管として、アルミニウム合金（ＪＩＳ Ａ３００３）を押出加工することによって、図５（ａ）に示されるような断面形状を呈する、幅（Ｗ）：１６ｍｍ、厚さ（Ｈ）：１．９ｍｍ、穴数：１２の押出扁平多穴管４０を準備し、これを伝熱管Ｎｏ．１とした。かかる伝熱管Ｎｏ．１に設けられた１２個の穴（４２）の形状は、上底（ａ）：０．６ｍｍ、下底（ｂ）：１．２ｍｍ、高さ（ｈ）：１．２ｍｍ（伝熱管厚さの０．６３倍）の等脚台形となるようにした。その他、水力直径等の各諸元は、下記表１に示す通りとした。なお、下記表１において、穴高さ（ｈ）は、扁平多穴管（４０）の厚さ方向における穴の高さを、流路面積は、軸方向に垂直な断面における穴一つ当たりの穴部分の断面積を、濡縁長さは、断面における穴一つ当たりの穴の辺の長さを、それぞれ示している。

また、本発明に従うフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管の別の例として、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示される如き断面形状の、扁平多穴管４４，４６を準備し、それぞれ、伝熱管Ｎｏ．２、伝熱管Ｎｏ．３とした。ここで、伝熱管Ｎｏ．２は、幅（Ｗ）：１６ｍｍ、厚さ（Ｈ）：１．９ｍｍ、穴数：２０の押出扁平多穴管であり、その穴形状は、上底：０．１ｍｍ、下底：０．７ｍｍ、高さ：１．５ｍｍ（伝熱管厚さの０．７９倍）、底辺（下底）と一方の脚との内角が９０°となる台形形状とした。また、伝熱管Ｎｏ．３は、幅（Ｗ）：１６ｍｍ、厚さ（Ｈ）：１．９ｍｍ、穴数：１４の押出扁平多穴管であり、その穴形状は、上底：０．４ｍｍ、下底：０．７ｍｍ、高さ：１．５ｍｍ、底辺と一方の脚との内角が９０°となる台形形状とした。即ち、伝熱管２，３は、伝熱管１と幅（Ｗ）と厚さ（Ｈ）が同一であるものの、穴形状と穴数が異なる扁平多穴管となっている。なお、かかる伝熱管Ｎｏ．２，３は、伝熱管Ｎｏ．１と同様に、アルミニウム合金（ＪＩＳ Ａ３００３）を押出加工することによって作製した。また、それら伝熱管Ｎｏ．２，３における流路面積や水力直径等の各諸元は、下記表１に併せ示した。

そして、比較のための伝熱管として、図６（ａ）に示されるような、穴形状が四角形（一辺の長さ：１ｍｍの正方形）の扁平多穴管５０と、図６（ｂ）に示される如き、穴形状が円形（直径：１．２ｍｍの円）の扁平多穴管５２を準備し、それぞれ、伝熱管Ｎｏ．４、伝熱管Ｎｏ．５とした。更に、穴形状が台形形状ではあるものの、Ｄ／ｈの値が本発明の範囲外のものとして、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示される如き穴形状とされた扁平多穴管５４，５６を準備し、それぞれ、伝熱管Ｎｏ．６、伝熱管Ｎｏ．７とした。ここで、伝熱管Ｎｏ．６の穴形状は、上底：０．２ｍｍ、下底：０．５ｍｍ、高さ：１．５ｍｍ（伝熱管厚さの０．７９倍）で、底辺と一方の脚との内角が９０°となる台形形状とした。また、伝熱管Ｎｏ．７の穴形状は、上底：０．８ｍｍ、下底：１．２ｍｍ、高さ：１．２ｍｍ（伝熱管厚さの０．６３倍）で、底辺と一方の脚との内角が９０°となる台形形状とした。なお、それら伝熱管Ｎｏ．４〜７に関しても、伝熱管Ｎｏ．１〜３と同様に、アルミニウム合金（ＪＩＳ Ａ３００３）を押出加工することによって作製し、その幅や厚さは、全て、伝熱管Ｎｏ．１と同一の、幅（Ｗ）：１６ｍｍ、厚さ（Ｈ）：１．９ｍｍとした。ただし、穴数においては、伝熱管Ｎｏ．４，５，７は１２個、伝熱管Ｎｏ．６は１８個とした。また、それら伝熱管Ｎｏ．４〜７における流路面積や水力直径等の各諸元は、下記表１に併せ示した。

そして、このように準備されたそれぞれの扁平多穴管（伝熱管Ｎｏ．１〜７）を用いて、図４に示される如く、扁平多穴管（２２）が互いに平行に複数配列され、隣り合う扁平多穴管（２２，２２）の間に、波形形状に成形加工されたコルゲートフィン（２４）が接合されてなる熱交換器（３０）を、それぞれ、熱交換器Ｎｏ．１〜７として作製した。なお、かかる熱交換器（３０）において、配列された扁平多穴管（２２）の両端は、それぞれヘッダ（２６）に接続され、扁平多穴管（２２）の軸方向に延びるそれぞれの穴（流路）が、冷媒の入口側と出口側においてそれぞれまとめられて、冷媒の流路が形成されている。また、ここで製作したそれぞれの熱交換器（３０）において、フィン（２４）は、全て、心材にＪＩＳ Ａ３７０３系合金、皮材にＪＩＳ Ａ４０４５系合金を用いたブレージングシートをコルゲート状に加工したものを使用し、一つの熱交換器を作製するにあたり、７５本の扁平多穴管（２４）を用いた。なお、そのようなフィン（２４）と扁平多穴管（２２）の接合は、目的とする熱交換器（３０）の形状に積層して組み立てたフィン（２４）と扁平多穴管（２２）との組付け体を、ろう付け炉内にて（最高到達温度）６００℃で３分間加熱保持した後、冷却することによって、フィン（２４）と扁平多穴管（２２）とが、ろう付け接合されるようにした。そして、ヘッダ（２６，２６）間の扁平多穴管（２２）の長さは６１０ｍｍとなるようにし、熱交換器（３０）の全体の大きさは、幅：６５０ｍｍ、高さ：６１０ｍｍとなるようにした。

その後、このように準備された熱交換器Ｎｏ．１〜７を用いて、それぞれの熱交換器の単体性能評価試験を行った。試験方法は、各熱交換器を、恒温恒湿試験室内に設けられた風洞装置に設置し、試験室内の空気温度（乾球：３５℃、湿球：２４℃）、風速（１．５ｍ／ｓ）に対して、冷媒（Ｒ−４１０Ａ）を、熱交換器入口温度：６４℃（ＳＨ＝２０Ｋ）、凝縮温度：４４℃、熱交換器出口温度：３９℃（ＳＣ＝５Ｋ）の条件に設定し、空気と冷媒の熱バランスがとれた状態の熱交換量をそれぞれ測定した。各熱交換器における試験結果を、下記表２に示す。なお、かかる表２に示した試験結果は、扁平多穴管の穴形状が四角形である熱交換器Ｎｏ．４の熱交換量を１００とした場合に対する比率において、示されている。

以上の結果より、流路面積が略同一であるものの、扁平多穴管に形成される穴形状が異なっている熱交換器Ｎｏ．１，４，５の対比において、本発明に従う台形形状の穴形状とされた熱交換器Ｎｏ．１は、穴形状が四角形形状とされた熱交換器Ｎｏ．４や円形状とされた熱交換器Ｎｏ．５よりも、大きく凝縮性能を向上させることが確認された。また、穴形状が台形形状とされ、水力直径：Ｄと穴の高さ：ｈとの比：Ｄ／ｈが本発明の範囲内である扁平多穴管４０，４４，４６を用いて構成されたそれぞれの熱交換器Ｎｏ．１、熱交換器Ｎｏ．２及び熱交換器Ｎｏ．３は、何れも、扁平多穴管の穴形状が一般的な四角形とされた熱交換器Ｎｏ．４よりも、２％以上の熱交換性能の向上が確認された。一方、穴形状が台形形状であるものの、Ｄ／ｈが本発明の範囲外である熱交換器Ｎｏ．６，７に関しては、穴形状が四角形形状（正方形）とされた熱交換器Ｎｏ．４よりも性能が低下しており、穴形状を台形とすることによる扁平多穴管における冷媒側の熱伝達率の向上効果が、効果的に発揮されないことが確認された。

１０ 熱交換器
１２ フィン
１４ 扁平多穴管
１６ 組付け孔
１８ カラー部
２０ 穴

Claims (7)

1. アルミニウム若しくはその合金からなるフィンが組み付けられるフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管にして、
   アルミニウム若しくはその合金からなる、全体として扁平な断面形状の多穴管にて構成され、且つ該多穴管に設けられた管軸方向に延びる台形断面形状の多数の穴が、幅方向に離間して互いに平行に配列されてなると共に、かかる穴の上底の長さは下底の長さの１／２以下であり、更に該穴の高さは、下底の長さと同等以上で、且つ該多穴管の厚さの０．５〜０．８倍であり、そしてかかる穴の断面積の４倍を該穴の辺の長さの和で除することによって定義される水力直径：Ｄと該穴の高さ：ｈとの比（Ｄ／ｈ）が、０．４０〜０．８５の範囲内となるように構成されていることを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管。
2. 前記多穴管に設けられた多数の穴の隣り合うものが、相互に、上下逆転した台形断面形状となる関係において配設されている請求項１に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管。
3. 前記穴の横断面形状が、等脚台形形状である請求項１又は請求項２に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管。
4. 前記穴の横断面形状が、下底と一方の脚との内角が９０°となる台形形状である請求項１又は請求項２に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器用伝熱管。
5. アルミニウム若しくはその合金からなるフィンと、アルミニウム若しくはその合金からなる、全体として扁平な断面形状の多穴管とを組み付けてなるフィン・アンド・チューブ型熱交換器にして、
   前記多穴管が、管軸方向に延びる台形断面形状の多数の穴を、幅方向に離間して互いに平行に配列して、構成されていると共に、かかる穴の上底の長さは下底の長さの１／２以下であり、更に該穴の高さは、下底の長さと同等以上で、且つ該多穴管の厚さの０．５〜０．８倍であり、そしてかかる穴の断面積の４倍を該穴の辺の長さの和で除することによって定義される水力直径：Ｄと該穴の高さ：ｈとの比（Ｄ／ｈ）が、０．４０〜０．８５の範囲内となるように構成されていることを特徴とするフィン・アンド・チューブ型熱交換器。
6. 前記フィンとして、矩形の板状フィンを用いると共に、該板状フィンの一端に開口するように設けられた所定長さのスリット内に前記多穴管を嵌め込んで、固定することにより、それら多穴管と板状フィンとが組付けられている請求項５に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器。
7. 前記フィンとして、波形形状のコルゲートフィンを用いると共に、該コルゲートフィンの複数と前記多穴管の複数とが交互に積層されて、互いに接合することによって、組み付けられている請求項５に記載のフィン・アンド・チューブ型熱交換器。

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